X80M管线钢铜衬垫外根焊接头冷裂敏感性分析

开展了不同装配条件下大厚度、大管径X80M管线钢铜衬垫外根焊接头的冷裂敏感性分析. 采用碳当量法和应力场模拟等方法,研究了不同装配条件对接头冷裂倾向的影响. 结果表明,接头顶部盖面层的热影响区和底部根焊层是X80M管线钢焊接接头的最薄弱区域,冷裂倾向最大. 对口间隙从0 ~ 0.5 mm增大至0.6 ~ 1 mm后,焊缝区根焊层的相对碳当量提高16.6%,增大了冷裂倾向. 错边量提高使得接头盖面层热影响区淬硬性增大,冷裂敏感性增大. 错边量和对口间隙增加均会导致焊后残余拉应力的进一步增大,错边量增大也会导致接头错边区域存在应力集中,错边量从0 mm增加为3 mm,其焊缝区根焊层凹角处残余应力峰值增加52.4%. 因此,X80M管线钢电弧焊接过程需尽量减小对口间隙和错边量以降低冷裂倾向.     

管道环焊缝采用铜衬垫根焊及焊缝渗铜研究

针对采用带铜衬垫的管道气动内对口器进行管道环焊缝根焊(打底焊接)时,对带铜衬垫根焊的焊缝不同位置铜含量进行了测量.为了精确分析渗铜对焊缝力学性能的影响,选用荧光光谱测定仪对焊接试验的焊缝不同位置铜含量进行了精确测量,并通过相关的材料性能试验定性评价了渗铜对焊缝金属力学性能的影响.结果表明,由于受焊接高温影响,铜原子的扩散造成焊缝根焊层铜含量有微量增加.为了评价铜含量增加对焊缝力学性能的影响,还对带铜衬垫的焊缝试件进行了拉伸、冲击和硬度等力学性能试验.结果证明铜含量在一定范围内,并不影响焊缝金属的强度和韧性等力学性能.     

X70钢管道采用铜衬垫根焊的焊接接头疲劳性能

利用成组法,在应力比r=0.1的情况下分别对采用铜衬垫与陶瓷衬垫进行根焊的X70钢管道焊接接头进行了高频疲劳试验,并在一定的疲劳载荷及循环次数下,对比两种试样焊趾处疲劳裂纹的启裂情况. 结果表明,X70钢管道根焊采用铜衬垫焊接过程中,其背部的渗铜对构件疲劳强度基本没有影响,两种试样的S-N曲线基本一致,疲劳裂纹均起始于根焊背部焊趾处. 在相同的应力及循环条件下,焊趾处裂纹萌生情况无明显区别. 在此基础上,采用SEM方法进一步对疲劳断口进行了分析.     

X65管线钢根焊工艺中铜衬垫渗铜研究

针对海底管线工程用X65钢管进行了7种不同工艺条件下的焊接试验,从焊接电弧特性、焊接热输入量、错边等工艺参数方面进行比较,采用微观金相、电镜能谱扫描、激光原位分析等研究手段进行了带铜衬垫的根焊工艺渗铜研究,同时按照标准对带铜衬垫和未带铜衬垫的根焊接头进行了力学性能试验和SSCC腐蚀试验。试验结果表明,通过制定合理的焊接工艺参数是能够把铜含量限定在一定范围内,并且对力学性能、腐蚀性能无明显影响,完全满足工程施工规范要求。     

不同错边尺寸对铝合金BT-FSW接头力学性能的影响

采用双轴肩搅拌摩擦焊方法对6005A-T6铝合金型材进行焊接，通过调整工件装配时的错边量来制备不同尺寸的错边接头，并对接头进行拉伸、弯曲、硬度、疲劳和断口扫描试验等，对6005A-T6铝合金焊接接头的力学性能进行了研究。试验结果表明：错边量对铝合金接头的拉伸性能有影响，随着错边量的增大，接头抗拉强度降低，而错边量对接头的弯曲性能和接头硬度影响不大；试件错边量对5 mm厚6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头疲劳性能影响很大，前进侧或后退侧随着错边量的增大，疲劳极限值都会降低，疲劳性能下降。     

水网地区铜衬垫外根焊全自动焊接技术适应性

中俄东线天然气管道工程南通—甪直段线路具有水网密布、地下水位高、地基承载力差等特点，为确保工程的施工质量和进度，引入在平原地区已经应用成熟的铜衬垫外根焊全自动焊接工艺，在水网地区开展材质为X80M、规格为φ1 422 mm×32.1 mm管道钢的施焊适应性验证研究。分析了施工地段的气候和地质对施工的影响，统计了单道焊缝各工序用时并计算流水线作业时的日最高工效，对焊缝的质量及性能进行了测试。试验结果表明，采用铜衬垫外根焊全自动焊接工艺在水网地区的气候及地质条件下施焊，通过人员与设备的合理调配，可克服降水、高温及地基下陷等不利因素的影响，焊缝的各项指标均满足验收标准；机组合理配置下10 h最高日工效可达到28道/日，该成套工艺技术可以进行高质量、高效率的水网地区管道焊接工作。 创新点： 开展了水网地区铜衬垫外根焊全自动焊接工艺对降水、高温及地基下陷等不利因素焊接适应性研究；实现了铜衬垫外根焊全自动焊接工艺在水网地区高质量、高效率管道焊接。     

AH36船用钢板焊接接头力学性能分析

采用单一CO2气体保护焊,在不同的焊接工艺参数发冷却条件下,对船用AH36钢板的焊接接头力学性能进行了研究.试验结果表明,无论是自然冷却或在焊缝背面进行雾化水冷,接头力学性能均良好;当冷却条件相同时,焊缝层数增加,利于提高焊缝区的冲击韧性;在焊接工艺参数不变的条件下,焊缝背面进行雾化水冷,利于细化晶粒,提高焊缝的冲击韧性及抗拉强度,但是,过高的冷却速度导致接头的脆性增大.     

装配间隙对铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

采用不同装配间隙（搭接间隙、对接间隙和错边量），对异质铝合金5083-O/6082-T6的T形接头实施了搅拌摩擦焊，对焊后接头力学性能进行了对比分析。结果表明，当搭接间隙、对接间隙和错边量在一定范围内增加时，T形接头的拉伸性能和剪切性能波动不大，弯曲性能逐渐下降；当搭接间隙控制在0.6 mm、对接间隙1.2 mm和错边量0.6 mm时，T形接头成形良好，未发现隧道孔、孔洞等缺陷，壁板和筋板之间均得到有效的连接，可作为T形接头在实际工程上实施搅拌摩擦焊的关键控制点。     

焊条药皮Al、Cu含量对X80钢焊接接头组织与性能的影响

通过改变药皮中元素的添加量控制Al和Cu在X80钢焊缝中的含量,利用能谱仪、光学显微镜、扫描电镜分析X80钢焊缝的成分和微观结构,采用力学性能和电化学测试方法研究了不同Al、Cu含量对X80钢焊接接头组织与性能的影响。结果表明：药皮中的Al和Cu均能较好的过渡到焊缝中,随着Al、Cu含量的增加,焊缝中针状铁素体先增多后减少,冲击性能和耐蚀性先上升后下降,断裂方式由混合型断裂逐渐转变为韧性断裂;适量的Al和Cu均能提高焊接接头的硬度和抗拉强度,当药皮中Al和Cu含量分别为4%和6%时,焊接接头的综合性能最优。     

铜衬垫管道自动焊全自动超声波检测工艺

为了验证全自动超声波检测(AUT)对铜衬垫管道自动焊的检测适用性,针对铜衬垫管道自动焊的坡口形式优化AUT工艺方案,设计加工相应的对比试块及工艺缺陷焊缝。采用优化后的AUT检测方案对工艺缺陷焊缝进行检测,同时采用X射线数字成像(DR)检测对工艺缺陷焊缝进行对比检测,从而验证AUT对铜衬垫管道自动焊的检测能力。试验结果表明：采用AUT方式可以实现对铜衬垫管道自动焊的检测,同时保证了对不同类型缺陷的检出。     

低碳钢管道焊接残余应力有限元分析

利用ＡＤＩＮＡ非线性分析有限元程序,对低碳钢管道环焊缝接头焊接残余应力进行有限元分析。在热弹塑性分析中考虑了材料热物理和力学性能依赖于温度变化。结果表明：在管道接头内表面焊缝中心及近缝区轴向和环向残余应力均为拉应力,随离开焊缝距离的增加,逐渐过渡为压应力。在管道接头外表面焊缝中心处的轴向残余力为压应力,而环向残余应力为拉应力。计算预测值和实侧值基本一致,表明有限元法能够经济而有效地预测管道环焊缝接头的焊接残余应力。     

Incoloy 825镍基高温合金电子束焊工艺及接头组织与力学性能分析

采用电子束焊，对空冷器管箱Incoloy 825镍基高温合金进行对接焊试验. 通过对焊接接头的组织观察，并结合拉伸力学性能以及接头的冲击韧性等试验，分析镍基高温合金电子束焊接头的组织和力学性能. 结果表明, 采用电子束焊焊接镍基高温合金可以得到良好的焊接接头，焊缝区组织由大片等轴晶和少量柱状晶组成；焊缝区没有出现明显的元素烧损现象；焊缝、热影响区硬度达到母材硬度值；焊缝接头抗拉强度达到600 MPa，接近母材抗拉强度，接头断裂形式为韧性断裂；焊缝和热影响区的冲击吸收能量高于母材区，其中焊缝区的冲击吸收能量达到了262 J，冲击断口形貌为韧窝状.     

气电横焊工艺技术改进

为了解决船舶横位置对接焊缝中存在的焊接效率低、质量可靠性差等问题,开展了针对船舶对接焊缝的气电横焊技术研究。通过对水冷铜滑块、陶瓷衬垫等关键条件的设计优化,将气电焊技术扩展至船舶建造横位置对接焊缝的焊接。随后对坡口形式、焊枪位置、摆动幅度等关键焊接工艺参数进行了合理的设计,结合船舶结构特点及工艺覆盖的要求,进行了3组不同板厚的横位置对接焊试验,测量了不同板厚的抗拉强度、硬度及冲击吸收能量,以验证工艺的可行性。结果表明,由于焊缝表面采用水冷铜滑块强制成形及焊缝根部采用陶瓷衬垫成形的影响,得到的焊缝成形美观,避免了焊后打磨处理,大大减轻了劳动强度;各个板厚的抗拉强度、硬度及冲击吸收能量等试验数据均满足船级社规范要求,并具有较大的工艺裕量;热输入最高可达93 kJ/cm,焊接效率相较于常规FCAW横焊提高了8倍左右。 创新点： (1)对陶瓷衬垫以及水冷铜滑块设计优化,有效解决了船舶横位置对接焊缝中根部焊缝的熔合问题。(2)将气电横焊技术用于船舶横位置对接焊缝的焊接,提高了横位置对接焊缝的焊接效率。     

外加热源对铝-铜搅拌摩擦焊对接的影响

为了改善铝-铜搅拌摩擦焊对接接头的焊缝接头性能,文中采用对焊缝铜一侧引入外加热源的方法,来增加焊接热输入,提高铜侧材料的软化程度.结果表明,外加热源能够有效提高焊缝部位铜一侧的焊接温度,从而增加焊接过程中铜一侧的塑化流动性,形成成形良好的焊接接头.通过焊缝的物相对比可知,外加热源引起的温度场的改变,有效地减少了焊缝中CuAl,CuAl₂等中间相的含量,增加了铜颗粒在焊缝中的含量.在力学性能上表现为有外加热源的焊缝拉伸强度较高,显微硬度分布均匀.     

贝氏体钢辙叉与U71Mn钢轨的焊接

采用 Gleeble 热模拟试验技术,确定贝氏体辙叉钢与 U71Mn 钢轨钢电阻对焊时热影响区的温度场分布及顶锻压力工艺参数;利用该参数在小型闪光焊机上进行小试件焊接试验,确定闪光焊接试验参数;利用 Gaas-100 次级直流闪光焊机对贝氏体钢辙叉与 U71Mn 钢轨进行整轨实际焊接,分析焊接接头拉伸、冲击、硬度分布等力学性能以及其组织结构.结果表明,贝氏体辙叉与钢轨闪光焊接的最佳顶锻压力为 30 MPa 左右,其焊接热影响区很小,焊接接头各项力学性能均达到了铁道部有关标准要求,贝氏体钢辙叉与 U71Mn 钢轨采用闪光对焊直接焊接是可行的.

Abstract：

The temperature field distribution of heat-affected zone (HAZ) in weld joints of bainite steel and U71Mn steel and the technical parameters of upset pressure of flash butt welding were determined by using the Gleeble thermal simulation test technology.After some small specimens of bainitic crossing steel and U71Mn rail steel were welded with a miniature flash butt welder by using the results of the parameters to determine the technical parameters of flash butt welding experiment, bainitic steel crossing and U71Mn steel rail were practically welded with Gaas-100 direct current flash butt welder. The mechanical properties, including tensile toughness, impact test and hardness,and the microstructure of welded joints were analyzed. The results show that the best upset pressure of flash butt welding is about 30 MPa, which the HAZ is very small, and the mechanical properties of the welded joint comes up to the standard of the Ministry of Railway. The welding bainitic crossing steel and U71Mn rail steel by flash butt welding is completely feasible.     

Characterization of Mechanical Properties and Residual Stress in API 5L X80 Steel Welded Joints

The use of high-strength and low-alloy steels, high design factors and increasingly stringent safety requirements have increased the operating pressure levels and, consequently, the need for further studies to avoid and prevent premature pipe failure. To evaluate the possibility of improving productivity in manual arc welding of this type of steel, this work characterizes the mechanical properties and residual stresses in API 5L X80 steel welded joints using the SMAW and FCAW processes. The residual stresses were analyzed using x-ray diffraction with the sin² ψ method at the top and root of the welded joints in the longitudinal and transverse directions of the weld bead. The mechanical properties of the welded joints by both processes were characterized in terms of tensile strength, impact toughness and Vickers microhardness in the welded and shot peening conditions. A predominantly compressive residual stress was found, and shot peening increased the tensile strength and impact toughness in both welded joints.     

Flux shielded arc butt welding of concrete reinforcing steel

Abstract

The present paper reports on a new variant of flux shielded arc butt welding without the addition of a filler material, applied to steel bars for concrete reinforcement. The welding process is described, including the arc ignition and forcing together of the workpieces, via the application of a mechanical force, to form an upset. A new portable machine is described, using which it is possible to apply flux shielded arc welding on site. Experiments were carried out, from which optimum welding parameters such as welding current, weld time, and upsetting force were found. The strength properties of the welded joints obtained were determined via mechanical testing, i.e. a bend test, a tensile strength test, and an impact toughness test. Macroscopic sections of the welded joints were also produced. A quality analysis of the butt welded joints showed that the mechanical properties of the joints were equivalent or even superior to the properties of the parent metal.     

基于自动脉冲TIG焊的核级阀门管道焊接工艺

针对核电厂运行期间核一级手动截止阀唇边焊易发生泄露的风险,要求阀门需要进行整体更换,分别对核级阀门两种规格的接头开展自动脉冲TIG焊接工艺研究,并对焊后的试件进行渗透、X射线探伤等无损检验和拉伸、弯曲、金相、化学分析和晶间腐蚀等破坏性检验。试验结果表明,壁厚2.77 mm的焊接接头拉伸力平均值为564 MPa,断后伸长率平均值为39.25%;壁厚8.7 mm的焊接接头拉伸力平均值为612 MPa,断后伸长率平均值为46.75%,两种壁厚的焊接接头均具有良好的力学性能,面弯试验和背弯试验均未发现裂纹,弯曲性能良好;壁厚2.77 mm接头的金相组织主要是板条状铁素体,壁厚8.7 mm接头的金相组织主要以树枝状铁素体为主;两种壁厚的焊接接头中熔敷金属的化学成分经检验均满足技术条件的规定;采用弯曲法进行晶间腐蚀试验,经检验两种规格的接头均无晶间腐蚀倾向。     

不同热处理制度下1Cr11Ni2W2MoV闪光对焊接头的组织与性能

针对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢开展闪光对焊试验,研究不同焊后热处理制度对其焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明:采用闪光对焊方法焊接1Cr11Ni2W2MoV,能够获得优质的焊接接头。1Cr11Ni2W2MoV闪光焊焊态下焊缝组织为马氏体和少量的δ铁素体组织,焊接接头具有较好的拉伸性能,但塑性和韧性较差。经过淬火+回火热处理后组织表现为回火索氏体组织,焊接接头的抗拉强度、塑性和韧性等性能均得到改善。在1000℃油淬+570℃回火状态下,焊接接头具有良好的综合力学性能。